波尔理论的地位与作用

海南师范大学本科生课程论文题目：玻尔理论的地位与作用姓名：学号：专业：年级：系别：完成日期：指导教师：2玻尔理论的地位与作用作者：XXX指导教师：XXX教授（XXXXXX学院，海口市，571158）摘要：19世纪末期，就在经典物理理论已被人们认为是“最终理论”的时候，人们发现了一些新的物理现象，例如光电效应，原子的光谱线系等，都是经典物理理论所无法解释的。1913年丹麦物理学家玻尔（N.Bohr）通过研究氢原子的光谱，提出了“玻尔理论”，在这方面成功的迈出了第一步，实现了问题的突破。关键词：玻尔理论量子化光谱地位作用TheStatusandRoleofBoulderTheoryWriter：XXXguideteacher：XXXXlecturer（PhysicsandelectronicsengineeringinstituteHainannormaluniversity，Haikou，571158）Abstract:Keywords：BoulderTheoryquantizationspectrumstatusfunction玻尔理论的背景19世纪末，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段。那是，一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明：物体的机械运动在速度比光速小得多时，准确的遵循牛顿力学的规律；点此现象的规律被总结为麦克斯韦方程；光的现象有光的波动理论，最后也归结到麦克斯韦方程；热现象3理论有完整的玻尔兹曼、吉布斯等人建立的统计物理学。在这种情况下，当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被结论，剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种基本问题上，进行一些计算而已。然而，在随后的研究中，当时被认为“最终理论”的经典理论却遇到了不可克服的困难。人们发现了很多经典理论所无法解释的物理现象，例如光电效应，原子的光谱线系，黑体辐射等。在经典力学中关于氢原子模型的理论中，氢原子中原子核带一个单位的正电荷，核外有一个单位的负电荷。由于原子核质量远大于电子的质量，可近似认为氢原子的模型是电子绕原子核做圆周运动。设电子质量为m,速度大小为v,轨道半径为r。由牛顿第二定律22214romverrεF①则2r1.4rroeFdrrεE②氢原子总能量22r1124keEEEmvroε③联立①②③可得2142oeErε④并可得31224vefrmr0ε⑤从上述原子中的电子轨道运动，按照经典电动力学，当带电粒子有加4速度时，就会辐射；而发射出来的电磁波的频率等于辐射体运动的频率。原子中的电子轨道运动具有向心加速度，就应连续辐射。但这样的推论存在两点与事实相矛盾：（1）关于氢原子稳定结构和原子半径大小的矛盾。原子如果连续辐射，它的能量就会逐渐地降低，电子的轨道半径就要连续地缩小。直到电子轨道缩小到碰到原子核为止。照这样的推论，所有的原子都会变成原子核那么大，即半径是10-15m的数量级，才成为稳定不变，但从不同的实验测得的原子半径都是10-10m的数量级。足见这里的结论与事实不符。（2）经典力学中关于氢原子的光谱频率与实验观察的光谱频率的矛盾。按照电动力学，原子所发光的频率等于原子中电子运动的频率。现在如果如上文所说，电子轨道连续缩小，则由31224vefrmr0ε可知轨道运动的频率就连续增大，那么所发光的频率就会是连续变化的，院子的光谱应该是连续光谱。但实际上原子光谱是分隔的代表一些分隔而有数值的频率。例如H原子光谱如下图所示：并归纳出氢原子光谱频率可以表达为522/11()fRnn，/11nn、2、3、…、2、3、…/nn＞由此可以看出经典力学中关于氢原子的光谱频率与实验观察的光谱频率的矛盾。玻尔理论概述为了解释这种种的矛盾，玻尔在总结前人成果的基础上，经过大量实验潜心研究，终于突破性的提出“玻尔理论”。关于玻尔理论的几个假设。（1）定态假设。原子系统只能处于一系列分立的不连续的能量状态E1、E2、E3……在这些状态下电子虽做加速运动，但不向外辐射能量，这一系列的稳定状态叫定态。显然能量的分立以及定态的概念与经典力学学和电磁学是格格不入的。（2）频率条件原子从一个定态跃迁到另外一个定态时，才可能发射或吸收电磁波。设EnEm,则当由En态跃迁到Em态时，辐射电磁波。当有Em跃迁到En吸收电磁波。辐射或吸收的电磁波的频率v与En，Em之间有如下的关系Hv=En-Em(v为电磁波频率)（1）（3）角动量量子化条件mvr=n(h/2π)上述三个理论是玻尔理论的核心，对整个量子理论的建立起了基础的作用。这些假设很好的解释了很多经典理论所无法解释的物理现象。玻尔理论得到的能级公式，能够很好地解释氢原子以及类氢离子的光谱现象。玻尔理论的6作用还不只是它能成功地解释氢原子和类氢离子的问题，更具有普遍意义的是：（1）它正确地指出了原子能级的存在，即原子能量是量子化的，只能取某些分立的值。这个观点不仅为氢原子、类氢离子的光谱所证实，而且夫兰克——赫兹实验证明，对于汞那样的复杂原子也是正确的。这说明玻尔关于原子能量量子化的假设比他氢原子理论具有更为普遍的意义。（2）玻尔正确地提出了定态的概念，即处于某一些能量状态En上的院子并不辐射电磁波，只有当原子从一些能量状态En跃迁到亮一些能量状态Em时才发射光子，光子频率v由Hv=En-Em决定。事实证明这一结论对于各种院子是普遍正确的。（3）由玻尔的量子化条件L=nЋ,引出了角动量量子化这一普遍正确的结论。上述关于原子存在能级的假设、关于原子稳定性的假设以及关于角动量量子化的假设都是与古典力学、经典电磁学理论的结论相违背的，但正是由于在这些离开了经典思想束缚的概念上的飞跃，使波尔获得了成功，波尔的这一成就为人们认识微观世界以及为近代量子理论的建设打下了基础。玻尔理论的形成与发展打开了原子世界的大门,为物理学向微观方面进一步发展开辟了道路,为近代物理学的基础之一——量子力学的建立奠定了基础,具有划时代的历史意义。量子力学的诞生和发展写就了近代科学史上最精彩最奇妙的一章，至今仍给我们不少启迪。7参考文献：[1]《原子物理教程》张延惠，林圣路，王传奎编．一济南：山东大学出版社2003年8月版；[2]《玻尔和原子》戊革著．—南京：江苏教育出版社；[3]《原于核物理》庐希庭主编；卢希庭，江栋兴，叶沿林编著．一2版(修订版)一北京原于能出版让，高等教育教材；[4]《源自于原子核物理》张国营著，徐州中国矿业大学出版社.2007.12[5]《量子物理》史斌星著，清华大学出版社，1982年8月版；[6]《量子物理学》上册，【美】R.埃斯伯格R.瑞斯尼克著，北京工业学院出版社1985.12版。